徐小波

(中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029)

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多手段InSAR技術(shù)研究及其在同震、震間形變監(jiān)測中的應(yīng)用

徐小波

(中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029)

近年來，我國地震災(zāi)害頻發(fā)，且強(qiáng)度大，分布廣。2008年汶川地震、2010年玉樹地震和2013年雅安地震等給當(dāng)?shù)鼐用駧砹司薮蟮臑?zāi)害損失。在地震孕育期間，孕震體介質(zhì)必然產(chǎn)生形變。而地震的孕育發(fā)生與地殼形變有著非常密切的關(guān)系，地震的孕育和發(fā)生是地殼應(yīng)力場異?；顒?dòng)導(dǎo)致地殼介質(zhì)形變的結(jié)果。目前可將InSAR技術(shù)很好地應(yīng)用到地震的同震及震間形變當(dāng)中，本文將相對完善的D-InSAR、PS-InSAR、CR-InSAR以及CR/PS-InSAR技術(shù)應(yīng)用到了同震、震間形變觀測當(dāng)中。在同震形變場研究方面，選取位于青藏高原東北緣的柴達(dá)木盆地，采用D-InSAR技術(shù)對發(fā)生在柴達(dá)木盆地的2008年和2009年地震群進(jìn)行了分析，同時(shí)開展了滑動(dòng)反演及地震觸發(fā)庫侖應(yīng)力分析。而對于斷裂帶的震間微小形變采用了較為前沿的CR-InSAR和PS-InSAR技術(shù)，以及兩者結(jié)合的CR/PS-InSAR技術(shù)來分析研究，研究區(qū)同樣選在了位于青藏高原東北緣的海原斷裂帶、天景山斷裂及西秦嶺北緣斷裂這3條斷裂上。本文的主要研究內(nèi)容如下：

(1) 研究了2008年和2009年大柴旦地震的形變特征、滑動(dòng)分布及相互觸發(fā)關(guān)系。利用常規(guī)D-InSAR技術(shù)對發(fā)生在青藏高原東北緣—柴達(dá)木盆地北緣的4次中等地震分別進(jìn)行了研究，其中一次地震發(fā)生在2008年，另外3次發(fā)生在2009年。采用Envisat ASAR降軌數(shù)據(jù)獲得了這4次地震的同震形變場。結(jié)果顯示，2008年地震形變場只有一個(gè)形變中心，而2009年地震有3個(gè)形變中心。2008年和2009年地震引起的衛(wèi)星視線向最大形變分別為0.097 m和0.4 m?；趶椥园肟臻g模型和InSAR獲得的地表形變場，反演了斷層面滑動(dòng)分布。對于2008年地震，采用了一分段斷層模型，反演結(jié)果得出最大滑動(dòng)為0.47 m，發(fā)生在地下19 km處。對于2009年發(fā)生的3次地震，分析InSAR同震形變場形態(tài)后分別采用了一分段斷層、兩分段斷層和三分段斷層模型反演，結(jié)果得出三斷層模型模擬的形變場最符合觀測到的InSAR地表形變場且殘差最小。同時(shí)通過計(jì)算庫侖應(yīng)力分析了2008年和2009年地震之間的觸發(fā)關(guān)系，結(jié)果表明，發(fā)生在斷層深部的2008年地震觸發(fā)了2009年地震，而2009年地震發(fā)生在了斷層淺部。同時(shí)基于三分段斷層模型分析研究了2009年主震對兩個(gè)余震斷層面上加載的庫侖應(yīng)力，庫侖應(yīng)力與反演得到的滑動(dòng)分布具有較好的一致性。所以認(rèn)為庫侖應(yīng)力的加載在一定程度上引發(fā)了地震。

(2) 分析了角反射器在高分辨率SAR影像和中低分辨率SAR影像上的特征差異性，并分析了其產(chǎn)生的原因。分別在高分辨率TerraSAR影像上和中低分辨率Envisat ASAR影像上詳細(xì)分析了角反射器(CR點(diǎn))的強(qiáng)度特征，得出1.5 m三角錐形角反射器在高分辨率TerraSAR影像上表現(xiàn)為十字絲形狀，并且在十字絲中心有一塊亮斑，該亮斑強(qiáng)度最大，在低分辨率Envisat ASAR影像上表現(xiàn)占據(jù)4～6像素大小的塊狀亮斑。同時(shí)在高分辨率TerraSAR影像上提取、分析了角反射器(CR點(diǎn))的相位信息，得出1.5 m三角錐形角反射器在該影像上同樣也表現(xiàn)為十字絲形狀，并且在十字絲中心有一塊亮斑，與其強(qiáng)度特征一致，該影像特征與CR點(diǎn)的三角錐形狀相關(guān)，三角錐形角反射器在其錐底回波反射強(qiáng)度最大，所以出現(xiàn)了中間強(qiáng)度、相位最大的情況。

(3) 同時(shí)將CR-InSAR技術(shù)和PS-InSAR技術(shù)分別應(yīng)用在同一地區(qū)，并對比分析了兩種方法的特點(diǎn)。基于高分辨率TerraSAR數(shù)據(jù)分別采用了CR-InSAR、PS-InSAR技術(shù)對海原斷裂帶開展了震間形變研究。采用PS-InSAR技術(shù)對天景山斷裂開展了震間形變研究，并采用相位標(biāo)準(zhǔn)差方法對天景山斷裂震間形變PS點(diǎn)采用不同閾值回歸分析以獲取精確震間形變研究結(jié)果，得出海原斷裂帶震間CR-InSAR形變速率為2.1 mm/a，PS-InSAR技術(shù)形變研究得出，海原斷裂震間南北兩盤形變速率差異處于2～3 mm/a之間，都表現(xiàn)為左旋走滑。且對海原斷裂帶采用CR-InSAR和 PS-InSAR技術(shù)，監(jiān)測研究結(jié)果較為一致，彼此相互驗(yàn)證了精度。同時(shí)分析總結(jié)了CR-InSAR技術(shù)、PS-InSAR技術(shù)單獨(dú)解算的差異、適用性問題及精度。對于天景山斷裂帶，PS-InSAR技術(shù)形變研究得出該斷裂震間形變速率為3.9 mm/a，同樣為左旋走滑。

(4) 改進(jìn)了利用CR和PS點(diǎn)構(gòu)建形變監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)的方法。結(jié)合CR-InSAR、PS-InSAR技術(shù)(CR/PS-InSAR技術(shù))，提出利用CR點(diǎn)建立高等級監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)，利用PS點(diǎn)建立二級網(wǎng)絡(luò)的方法，首先將CR點(diǎn)構(gòu)建成一個(gè)高精度控制網(wǎng)，然后將PS點(diǎn)與CR點(diǎn)構(gòu)建的高精度控制網(wǎng)聯(lián)合構(gòu)網(wǎng)解算，采用LAMBDA方法進(jìn)行相位解纏，研究西秦嶺北緣斷裂帶中斷的微小形變，得出斷裂帶表現(xiàn)出左旋走滑運(yùn)動(dòng)特征，斷裂帶南盤平均形變速率為2.3 mm/a，北盤平均形變速率為-1.5 mm/a，南北兩盤平均形變速率差異為3.8 mm/a，與其他學(xué)者GPS、地質(zhì)測年研究成果相近。并對研究區(qū)內(nèi)的角反射器(CR點(diǎn))安裝、影像特征分析及形變解算進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述，并對比分析了CR、PS點(diǎn)聯(lián)合構(gòu)網(wǎng)和PS點(diǎn)單獨(dú)構(gòu)網(wǎng)解算結(jié)果，得出對地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的斷裂帶做永久散射體形變研究時(shí)，CR、PS點(diǎn)聯(lián)合構(gòu)網(wǎng)解算結(jié)果較好、研究結(jié)果更為可靠。說明CR、PS點(diǎn)聯(lián)合構(gòu)網(wǎng)中，CR點(diǎn)由于其自身的高穩(wěn)定特性，對整個(gè)解算網(wǎng)絡(luò)起到了很好的整體控制作用，保證了解算結(jié)果正確。

關(guān)鍵詞多手段InSAR技術(shù)； 同震形變場； 震間形變； 斷層滑動(dòng)速率； 斷層滑動(dòng)反演

(作者電子信箱，徐小波：tim-xxb@163.com)

中圖分類號：P315.61；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.06.007